CN108068949B - 第一/最后一英里运输中的或有关的改进 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于在变化的地形上运输有效载荷的装置。装置包含：包含在平面配置上的两个或更多个轮子的第一轮群集；包含在平面配置上的两个或更多个轮子的第二轮群集；以及配置为容纳有效载荷的平面平台。轮群集中的每一个设置有包含用于将群集连接至平台的电连接的连接器，使得装置可以分成三个平面部分。

Description

第一/最后一英里运输中的或有关的改进
技术领域
本发明涉及运输装置，以及更具体地涉及用于在变化的地形上运输有效载荷的装置。
背景技术
大多数(即使不是全部)形式的公共交通工具的主要缺点中的一个是将运输解决方案整合到用户的日常生活中。在整个旅程的背景下旅程的第一和/或最后一英里花费不成比例量的时间和精力，是常见的。这是使用私人交通工具所给出的最常见原因中的一个：它可以提供真实的按户送达(door to door)解决方案。结果，有方便、高效的第一/最后一英里运输的明确需要。
有为这个问题提供部分解决方案的几种不同的技术。比如电动独轮车、
Figure BDA0001463939070000011
(赛格威)和悬浮滑板这样的自平衡单轴装置可以在大体平坦的地形上提供运输并且具有合理的范围，但它们容易被台阶、路沿以及其他街道设施阻挡。此外，对容易装载来说它们太笨重并且庞大，因此它们不能与其他运输解决方案很好地整合，因为它们在车辆内占据太多的空间，即使它们实际上甚至可以成功地装载在车辆内。
还有两轴系统，该两轴系统具有比单轴系统更稳定的潜力。然而，它们也未能解决在路沿、台阶和间隙处高度变化的问题。
已经专门开发出楼梯步行器和其他类似的三轮群集装置来应对楼梯。然而，对装载在车辆内或与其他运输解决方案的整合来说，它们通常太笨重并且庞大。
正是在这种背景下，出现了本发明。
发明内容
可以提供一种用于在变化的地形上运输有效载荷(payload)的装置。装置可以包含：包含在平面配置上的两个轮子的第一轮群集；包含在平面配置上的两个轮子的第二轮群集；以及配置为容纳有效载荷的平面平台；其中平台配置为相对于第一和第二轮群集转动并且配置为在沿着限定在与第一和第二轮群集中的每一个中的第一轮子大体上对准的第一位置和与第一和第二轮群集中的每一个中的第二轮子大体上对准的第二位置之间的连续区的任何位置上操作。
在本发明的背景下，术语“有效载荷”用于指的是要运输的任何负荷并且旨在包括，但不限于：用户，另一个人，一个或多个动物，可以包括机场行李、杂货店购物的无生命货物或上述的任何组合。
在本发明的背景下，术语“变化的地形”用于指的是在一系列位置中的每种类型的行人基础设施。它旨在包括城市街道设施，该城市街道设施包括路沿、人行道、车道、上下单台阶、上下多台阶、比如在火车和站台边缘之间发现的那些间隙或上述的任何组合。它还旨在包括柏油碎石、铺石板、砾石、瓷砖或铺地毯的表面以及其他类似的地形。
平台在垂直面上的运动与平台相对于轮群集的转动相结合实现跨越间隙和上/下路沿的平稳过渡，从而实现与行人基础设施的所有方面的整合。
平台定位在两个列出的末端之间的连续区上的任何点处的能力使平台能够位于末端之间的一半处以便提供稳定的四轮式承载配置。
第一轮群集的平面大体上平行于第二轮群集的平面。平台的平面大体上正交于第一和第二轮群集的平面。
在每个群集中的两个轮子的中心之间的距离可以大于两个轮子的半径的总和。如果不是这样的话，那么轮子将重叠并且彼此干扰。
在每个群集中的两个轮子中心之间的距离可以大于路沿的高度。这确保顶部轮子的中心可以升高到路沿的上方并且促进重量转移到路沿上。
装置可以进一步地包含配置为为平台相对于轮子的滑动机构提供动力的马达。装置可以进一步地包含配置为为轮群集相对于平台的转动提供动力的马达。装置可以进一步地包含设置在每个轮子的轮毂中的马达。这使轮子能够独立地被驱动。
在一些实施例中，提供配置为为轮群集相对于平台的转动提供动力的马达使重心(CoG)能够在大体平坦均匀的地面上平衡。在这种情况下，平台的默认取向是大体水平的。通过从动轮的转速的细微变化发生平衡。如果有效载荷失去平衡向前，那么在有效载荷下面的装置加速以在连接在那个点处与地面接触的轮子的两个轴之间重新定有效载荷重心的中心。
装置可以进一步地包含检测向上台阶的传感器。在装置配置为在平台低的情况下乘坐并且接着通过升高平台来预期向上台阶的情况下将需要这种检测。这种配置具有增加乘坐者稳定性、控制性和安全感的优势。
装置可以进一步地包含检测向下台阶的传感器。传感器可以是超声装置或摄像机。
所有四个轮子即两轮群集中的每一个中的两个轮子可以配置为同时接触地面以实现有效载荷的装载。在所有四个轮子同时与地面接触的情况下，装置是稳定的。这使用户能够在开始运输之前以稳定状态站在装置上。
装置可以进一步地包含控制系统。控制系统可以包括用户界面以使用户能够表达上台阶或下台阶的要求。控制系统进一步地配置为响应于来自传感器的数据来控制马达以便实现有效载荷的平稳运输。
当用户安装装置或无生命有效载荷装载至该装置上时，该装置以其最稳定配置的方式配置，即其中所有四个轮子与地面接触。这对用户来说使装置的安装非技能化并且为无生命有效载荷提供稳定的平台。为了开始运输，控制系统接着朝着前或后轮群集驱动平台。一旦平台的转动轴与伸出通过来自平台被驱动至的每个群集的轮子的轴线完全一致并且同轴，那么平台转动马达就使轮群集转动90度，从而以转动运动的方式提升每个轮群集中的一个轮子直到它们高于每个群集中的另一个轮子。
此外，可以提供一种用于在变化的地形上运输有效载荷的装置，其中该装置包含：包含在平面配置上的三个轮子的第一轮群集；包含在平面配置上的三个轮子的第二轮群集；以及配置为相对于第一和第二轮群集转动并且容纳有效载荷的平面平台；其中每个轮子和平台独立地被驱动使得装置可以转向以及上和下台阶。
第一轮群集的平面可以大体上平行于第二轮群集的平面。平台的平面可以大体上正交于第一和第二轮群集的平面。
每个轮子可以独立地被驱动并且这种独立驱动可以通过设置在轮毂中的马达来实现。这确保来自每个群集的与地面不接触的轮子不无目的地转动。它也允许差速轮转速实现有效的转弯和攀登。
平台可以被提供动力以确保它在整个台阶攀登操作中保持大体水平。这提供如上所述的平台的独立驱动方面。平台可以被提供动力以引起轮群集相对于平台的取向的角转动。
第一和第二轮群集可以配置成使得在正常运行期间有四个轮子与地面接触。在这种背景下，术语正常运行用于表示覆盖大体均匀的地面的大多数活动。它包括不是高度转变或路沿攀登操纵的任何活动。
这种配置(其中四个轮子与地面接触，两个轮子来自每个群集)意味着陀螺平衡是不必要的。
轮子可以具有相等的半径。在每个群集中的三个轮子可以彼此等距。群集转动轴线可以是平分三轮群集内的每对轮子之间的连接线中的每一个的三条垂直线的交点。
轮子可以隔开超过轮子直径、或轮子半径的两倍的距离。这确保轮子彼此不干扰。隔开距离超过轮子直径的程度应该最小化以便形成紧密的群集并且对给定轮子尺寸最小化装置的轴距。这种配置也防止装置被路沿绊住，因为在轮子之间什么也没有。此外，配置减少轮胎磨损和轮胎滑移的可能性。
在群集内的轮子的半径和轮轴的隔开可以被选择使得它超过路沿的高度。这确保装置实际上可以攀登路沿并且当试图攀登时不后滑。
平台可能能够相对于连接第一和第二三轮群集的轴线转动以便实现装置的台阶攀登能力。因为平台可以相对于连接三轮群集的轴线转动，所以当每个群集的最向前轮子碰撞向上台阶或路沿时，有效载荷的动能发起围绕前轮轴线的转动。
可以为平台相对于连接第一和第二三轮群集的轴线的转动提供动力。提供能够相对于连接第一和第二轮群集的轴的提供动力的转动的平台使设计的许多关键方面能够实现。在一些实施例中，装置可以配置成使得平台有默认取向，该默认取向平行于连接与地面接触的来自每个群集的两个轮子的轮子中心的线。在这些实施例中，有隔开120°的三个优选取向。提供平台相对于轮群集的提供动力的转动，将在上台阶或下台阶操作之后确保平台将正确地停留在三个优选取向中的一个中。
如果装置正被(人类)有效载荷控制，则平台的转动也提供速度控制。假定用户面向行驶的方向站立，为了影响装置的加速度，用户向前移动他们的体重以便相对于后边缘压低平台的前边缘。相反，为了影响装置的减速度，用户向后移动他们的体重以便相对于前边缘压低平台的后边缘。应该理解的是，如果用户面向相反的方向站在装置上，则前和后边缘可以互换，因为装置同样能够在任一方向上被驱动。
在一些实施例中，平台可以设置有两个压力垫。这些压力垫配置为使装置能够向左和向右转向。用户将优先于另一个而向两个垫中的一个施加增加的压力以便引导装置绕过拐角。这个压力差将通过控制系统从平台上的压力垫传送，并且将通过增加在拐角的外面的轮子中的轮毂马达提供的扭矩来实现装置的转向。例如，如果用户对左压力垫施加增加的压力，那么与地面接触的来自右轮群集的轮子将加速以驱动装置绕过拐角。
在一些实施例中，平台可以分为铰接的两部分，使得由用户提供的表示转弯的意图的差别压力导致平台的部分中的一个相对于另一个的物理压低。平台的整个侧面或其前边缘的这个高度差将被控制系统解释为需要轮子之间的差别扭矩以便驱动装置绕过拐角。
装置可以设置有配置为使多余轮子向前转动并且在下台阶时将多余轮子放置在障碍物的前面的传感系统。传感系统可以进一步地包含加速度传感器或加速度计。加速度传感器或加速度计将配置成使得当装置接触到路沿时其记录高的‘g’减速度，例如当装置正攀登台阶时。传感系统将进一步地包含编程为当加速度传感器记录超过预定值的加速值时发起路沿攀登顺序的控制器。预定值可以是0.2g或2m/s2。
传感系统可以进一步地配置为感测何时多余轮子碰撞地面以发出至均匀地面驱动参数的返回信号。
装置可以配置为在绑定(tethered)或自主模式下独立地运输负荷。在这种背景下，绑定指的是经由
Figure BDA0001463939070000061
(无线保真)或其他类似的无线局域网或
Figure BDA0001463939070000062
(蓝牙)的数字连接。装置经由数字连接而绑定至第二装置，该第二装置可以是用户的智能电话或如上面提出的另一种装置。装置加速或减速以便保持在其绑定至的装置的预定范围内。所以，如果装置绑定至用户的智能电话并且用户——携带他们的智能电话——开始在第一方向上行走，则装置将自动地跟随用户的智能电话，保持距用户的预定距离。在这种背景下，自主指的是使用预编程指令，包括遵循地图的以下一系列的指令或一个指令。通常，当以自主模式操作时，目的地是已知的，然而在绑定模式下，目的地可能是未知的。
装置可以进一步地包含用于容纳无生命有效载荷的容器，该容器可以是配置为在不使用时是折叠平坦的翻盖(flip-box)存储装置。这样的存储装置可以被部署以容纳多个无关的物品，例如杂货店购物。
装置可以进一步地包含提供半自主运输的扭矩平衡杆。杆可以是可伸缩的。在没有承受有效载荷的任何重量的情况下，杆允许操作者辅助装置。例如，从静止状态攀登路沿，有效载荷没有向前输送它的动能。所以，如果开始平台向后转动，那么平台将仅向后倾斜并且有效载荷将从装置的背面跌落。在提供杆的情况下，操作者稳定地保持杆以确保轮群集向前转动并且装置开始攀登楼梯。杆可以配置为使用户能够提供平衡力以避免无生命有效载荷的倾倒。在没有提供杆的情况下，无生命有效载荷在台阶攀登操作期间可能从装置倾倒。杆使用户能够对抗由平台内的马达施加的力，该马达为平台相对于第一和第二轮群集的转动提供动力。
装置具有25kph的最高速度并且因此符合AB604-2016，该AB604-2016是与配电板相关的最新加利福尼亚州法律。这集中于装置的实用性：生产技术卓越但由于与当地法规不相容而不能使用的装置将没有价值。在考虑相关法规的情况下，已经开发这个装置。
装置具有5km的充电后行程。装置可以从车辆中的12V DC(直流)电源充电，这花费大约90分钟。如果装置需要用于旅程的第一和最后一英里，则这是有利的，因为它可以在途中在汽车或厢式货车内充电。
可替代地或此外，装置可以从具有500W输出的高功率12V汽车/厢式货车充电器充电，这花费大约20分钟。这是更快的，但并非所有用户将可以使用这个充电选项，所以它是许多可用选项中的一种是重要的。可替代地或此外，装置可以从AC(交流)家用插座充电，这花费大约20分钟，使其成为比汽车内的12V电源更快的充电选项。
装置对用户来说可以是足够轻以单手举起。例如，它可以具有10-15kg左右的重量。
灯设置在承载平台中，使装置能够被其他人看到并且当用户乘坐在装置上时还允许用户看到前面的道路。
此外，根据本发明，提供一种用于在变化的地形上运输有效载荷的装置，该装置包含：包含在平面配置上的两个或更多个轮子的第一轮群集；包含在平面配置上的两个或更多个轮子的第二轮群集；以及配置为容纳有效载荷的平面平台；其中轮群集中的每一个设置有连接器，该连接器包含用于将群集连接至平台的电连接，使得装置可以分成三个平面部分。
将以其他方式适合于第一/最后一英里运输的许多装置不能适当地拆开和装载。在大多数形式的人类运输中，空间是非常珍贵的，所以无论是拥挤的通勤列车还是用于私人或商业用途的汽车或厢式货车，装置必须能够平坦地包装以便在用户行驶时被容纳。
将装置设置为三个平面部分，只需两次点击就启用装置的装配。
平台可以设置有防滑表面。如果装置被部署用于携带无生命货物，则这是特别重要的，因为将没有来自用户的反馈直到货物滑落时的故障点。
连接器可以包括用于每个轮群集的释放按钮，该释放按钮可以设置在轮群集或平台上。如果释放按钮设置在平台上，则可以为每个轮群集提供一个释放按钮。可以通过拉或推来释放释放按钮。连接器可以进一步地包含弹簧栓，该弹簧栓可以安装在平台上或安装在轮群集上。连接器可以进一步地包含弹簧滚珠轴承。
可以使用滑环来提供平台和轮群集之间的电连接，该滑环可以安装在平台上。电连接可以进一步地配置为使数据能够在轮群集和平台之间传输。
附图说明
现在将仅通过示例并且参考附图来进一步并且更具体地描述本发明，在附图中：
图1显示装置的两轮群集配置，其中平台在较低位置以用于在大体平坦地面上的正常行驶；
图2显示配置为在大体平坦表面上携带无生命有效载荷的装置的两轮群集配置；
图3A至3C显示两轮群集配置攀登和下台阶；
图4A至4G显示在两轮群集配置攀登台阶的顺序中的各个步骤；
图5A至5D显示在两轮群集配置下台阶的顺序中的各个步骤；
图6显示三轮群集配置；
图7A至7E显示用于三轮群集配置的轮子配置的细节；
图8A至8F显示三轮群集和平台之间的连接的示例；
图9是显示控制系统的组成部分的示意图；
图10是显示与设置装置相关的步骤的一个示例的流程图；
图11A至11C显示图6的装置攀登台阶；
图12A至12C显示图6的装置的不同操作模式；
图13显示图6的装置下一段楼梯；以及
图14A和14B显示车辆中的装置的装载。
具体实施方式
图1显示装置10的两轮群集配置。装置10具有两个轮群集，每个轮群集包含两个轮子20。具有半径r的每个轮子20具有设置有马达22的轮毂21。具有长度L的连杆臂12设置在每个群集内以将群集内的轮子20连接在一起。
装置10也设置有平台30，在使用中，有效载荷放置在该平台30上。平台30设置有转动机构302和力可脱棘轮304，以允许由突然高的扭矩引起的连杆臂12和平台30之间的角位移。连杆臂12进一步地设置有皮带传动系统的滑动装置以实现沿着连杆臂12的长度的平台30的运动。
这显示装置10是在大体平坦地面上的正常行驶状况，具有有生命的有效载荷——典型地是一个人，其中平台30与下部轮20对准。这种配置为用户提供更大的稳定性和安全感。
装置10配置成使得正常行驶状况反转也是可能的，以便平台30与上部轮20组对准。这种配置使装置10能够在没有准备的情况下上台阶，但它可能要求用户更自信并且平衡系统配置为在较短的时间间隔内作出反应并且具有较高的动力。需要这些适应，因为如果正常行驶位置高则失衡力就将会更大，因为搁置负荷的平台具有长杆，该长杆将按比例(L+r)/r增加围绕地面上的轮子上的接触片的力矩。
图2显示配置为在大体平坦表面上携带有效载荷的装置10的两轮配置。有效载荷可以是无生命的，然而这种配置也可以用于人类乘客，这取决于驾驶员的使用选择。如果稳定性而不是速度或距离是优先考虑的事，则这种配置可以适合于人类有效载荷。平台30定位在连杆臂12的中点处并且转动至与连杆臂12大体平行以便所有四个轮子20与地面接触。无生命有效载荷66定位在装置10上。
图3A至3C显示装置10的两轮配置携带负荷上下楼梯。这种动作通过杆50辅助，在图3A中显示。杆50使装置10能够以半自主模式操作以便用户可以在任何时候在不必承受有效载荷66的重量的情况下引导装置10。
图3B显示向下行进。平台30滑动至下部轮20，上部轮20接着转动至下层台阶。平台30接着在向下方向上继续滑动，此时沿着连杆臂12、以另一种方式行进回到第一轮。通过重复这个顺序，装置10向台阶下移动。
图3C显示向上行进。平台30滑动至上部轮20，下部轮20接着向上转动至上层台阶。平台30接着在向上方向上继续滑动，此时沿着连杆臂12、以另一种方式行进回到第一轮。通过重复这个顺序，装置10向台阶上移动。
图4A至4G显示两轮群集装置10的台阶攀登操作的各个阶段。在一些实施例中，仅响应于传感器识别要求装置上台阶而发起图示步骤。在一些实施例中，可以提供用户界面使得用户可以发起台阶攀登程序。
装置10配置为在如图4A所示的平台30与下部轮组一致低的情况下开始进行正常行驶。当装置检测到它正接近向上台阶时，平台30升高至与上部轮20一致。图4B显示用户朝着向上台阶向前驱动装置10。平台30从水平位置倾斜以便平台的前边缘低于后边缘。这导致下部轮被设置在轮毂内的马达向前驱动。
如图4C所示，当装置10接近路沿或其他向上台阶时，用户向后倾斜以控制装置10减速。虽然这个图示显示装置10应对单个台阶，但将显而易见的是顺序将同样地适用于一系列台阶。当装置10的下部轮20碰撞台阶的立板(riser)时，下部轮即刻停止。装置和有效载荷的动能提供向前动量，该动量转而引起围绕下部轮轴的转动。因为用户控制正在使装置减速，所以在下部轮上有反向扭矩。当这个轮子被路沿阻挡并且至轮子的动力没有立即切断时，那么反向扭矩使连杆臂和平台向前转动以辅助上部轮和有效载荷在向前方向上继续前进。
连杆臂12上的力引起抵靠通过用户的质量和脚上的平衡而保持大体水平的平台30的扭矩，这导致连杆臂12和平台30之间的可脱特征或角连接的可控释放。如图4D所示，用户的动量和质量现在有效地让他连同平台30与他一起向前跌倒。
如图4E所示上部轮一碰撞凸起表面，平台的力矩就被抑制并且用户的剩余动量使他在平台30上向前倾斜，这为每个群集中的两个轮子20(即为在图4E中说明的点处提供动力的所有四个轮子20)提供向前推进的控制输入。有效载荷的所有重量在前轮上，连杆角仍然与平台分离并且装置10驱动继续，将(也提供动力的)下部轮拖到路沿上。此时，当连杆臂12仍然自由转动时，装置10仅在前轮上平衡，犹如后轮不存在。
如图4F所示控制系统一检测到下部轮20与前轮在同一表面上，控制系统就指示连杆臂相对于平台30以顺时针方式向前驱动。卸载的轮子向上移动直到如图4G所示连杆臂12再次垂直于平台30。一旦达到图4G中说明的垂直位置，平台30和连杆臂12再次锁止它们的转动接头。完成配置的台阶攀登顺序，在该配置中正常运行位置是平台30与下部轮对准。
在一些实施例中，其中没有棘轮或离合器分离，转动接头将不会再次被锁定，因为连杆相对于平台的转动是被驱动器和力传感器控制的，当平台处于四个预定优选的驱动配置中的一个时控制平台相对于轮子的转动的马达抑制该转动，该驱动配置定义为0°、90°、180°和270°，其中0°和180°是水平四轮驱动模式。
如果默认运行位置是平台与上部轮对准，则如图4B所示皮带传动系统使平台30向上滑动回到上部轮中心。
图5A至5D说明通过两轮群集配置的下台阶时的各个阶段。接近向下台阶的运动学相对于上面参考图4A至4G描述的向上台阶是相反的。
在一些实施例中，仅响应于传感器识别要求装置上台阶而发起图示步骤。在一些实施例中，可以提供用户界面以允许用户发起攀登台阶或下台阶顺序。
如果乘坐位置高，那么在接近路沿或向下台阶之前，平台30降低至下部轮的轴以便装置如图5A所示地配置。如果乘坐位置低，那么图5A说明正常行驶位置并且下台阶操作通过连杆臂12的转动而开始，其中自由凸起轮20向前直到它们碰撞地面以在加载的下部轮之前运行，该下部轮相对于卸载轮现在处于向后位置中。这种状况在图5B中说明。控制系统检测到前轮现在与地板接触，但继续在连杆臂12上提供向下力以抵靠地板推前轮20。
如图5C所示系统一检测到前轮已经碰撞到下部水平面，控制器就暂时地制动所有轮子以阻碍装置10的向前运动。通过检测连杆臂12的转动已经停止或通过放置在连杆臂的每个末端上的加速度计可以实现前轮已经碰撞到下部水平面的检测，加速度计将检测连杆的向前末端的向下运动何时突然停止。前轮上的制动力在连杆臂12上引起相反的转动力，这使平台30向前并且向上移动。这种运动通过用户的向前动量而与平台抵靠用户向上压相匹配，这使他们向上提升。这种运动通过图5D中的弧形箭头指示。针对装置10的制动运动而施加的用户的自由运动导致用户在装置10上向前倾斜并且控制器释放在下部轮上的制动器以开始重新平衡在装置10上的用户。
如果装置配置成正常运行时平台30与下部轮对对准，那么一旦用户在平台30上重新平衡，皮带传动系统就将驱动平台30沿连杆臂12向下直到其与下部轮对一样高。
图6显示装置10的三轮群集配置。六个驱动轮20形成两个群集，每个群集包含三个轮子。每个轮子具有轮毂21、多个辐条23和轮胎25。选择辐条的数量以平衡强度要求和装置足够轻以容易处理的要求。轮胎25是由橡胶或塑料制造并且设置有胎面花纹以确保轮胎25在潮湿的表面上不滑动。轮胎还可以是气动的并且因此也可以包括内胎(未示出)。气动轮胎可以比实心轮胎更轻，但它可能经受刺穿。
六个轮子20中的每一个设置有位于轮毂21中的驱动轮马达22。所有这六个马达22是独立可控的。这确保动力在任何时候仅提供至与地面接触的那些轮子20。这通过给在装置的一侧的轮子供给比在装置的另一侧的那些轮子更多的动力来提供转向能力，从而使装置转向。
图7A至7E显示每个三轮群集的配置的细节。群集设置有轮架24，该轮架24配置为将三个轮子的群集连接在一起。轮架24本质上是等边三角形。轮架24将群集中的三个轮子保持在固定的相对位置上。轮架24也提供连通至轮子20的通道。轮架24有效地限定相邻轮子之间的三个轮轴A1、A2、A3，如图7A所示。每个群集中的三个轮子20彼此等距。群集转动轴线在平分相邻轮子中心对之间的连接线中的每一个的三条垂直线的交点I处。
轮架24的尺寸和轮子20的半径之间的关系在图7B至7E中提出。虽然这些附图中的每一个仅显示两个轮子，但将要理解的是这些可能是形成三轮群集的一部分的两个轮子，其中为了清楚的说明而省略了第三个轮子。
图7B说明轮子半径r、轴节距L、轮子间隙D和平台30的宽度S之间的关系。这些因子连同路沿的高度H全部有助于装置的配置的最优化。路沿通常具有小于200mm的高度。因此，在一些实施例中，部署下面的比例：
150mm>r>H/1.75
L>2r
S<r/2
20mm<D<S
在一些实施例中r可以在115mm和150mm之间；L可以超过230mm；S可以在50mm至75mm的范围内；并且D可以在20mm至75mm的范围内。
图7C进一步详细地说明L必须超过H的设计约束。如图7C所示攀登轮子的中心必须停泊在路沿的顶部，否则装置可能无法攀登路沿并且可能再次滑下。为了有效地确保路沿攀登，L——其是轮子直径和轮子间隙的总和——必须超过路沿的高度H。
图7D和7E说明两种将不会有效的极端配置。如图7D所示，轮子的半径太小并且因此平台接触路沿边缘，这阻止平稳的路沿攀登操作。如图7E所示，轴节距L仅等于轮子直径2r，其还等于路沿高度H。上部轮因此不能有效地停泊在路沿上并且装置不能攀登路沿。此外，每个群集内的轮子将彼此干扰，因为L不超过2r，因此如此配置的装置将是不可操作的。
装置10进一步地包括平台30，该平台30是空心的并且配置为包含控制系统和电池并且也将整体装置重量保持在最小限度。平台30的上表面具有防滑表面32。平台30也设置有灯34，该灯34确保装置对车道、人行道、火车站或部署装置的其他地方的其他用户可见，但另外，灯34使乘坐装置10的用户在黑暗的数小时中能够清楚地看到在装置10正前面是什么。
一对连接器36将平台30连接至轮架24。现在将参考图8A至8F来进一步地描述连接器36的细节。图8A至8F显示一个轮群集和平台30，其中为清楚起见省略第二轮群集。将要理解的是可以在第二轮群集上复制锁止机构。平台30设置有马达37以驱动平台相对于轮架24的转动。虽然在图示示例中提供两个单独的马达37，但装置10可能设置有具有两个独立驱动轴的单个马达37。平台30设置有一对匹配的内槽驱动轴35，该内槽驱动轴35具有锁止腔38。
为了与这些锁止腔38相接合，轮架24设置有延伸至锁止腔38中的固定导向盖27。一旦导向盖27已经进入腔38中，其就通过锁定楔子28保持在适当的位置。锁定楔子28配置为在固定导向盖27已经进入空心轴之后当它们接触到驱动轴35的正面时就按压并且接着一旦在腔38内适当的位置中就弹出。轮架也设置有与设置在平台30上的内槽驱动轴35相接合的外槽短轴。
为了从平台30释放轮群集，轮架24设置有释放按钮26，该释放按钮26采取设置在连接至固定导向盖27的连续内杆上的拉片的形式。
图8A显示内部弹簧倒角腔38。释放按钮26设置在轮子之间的轮架24上，以便用户可以远离平台30从装置的外侧使用它。
图8B和8C显示设置在轮架24上的释放按钮26连同腔38。在图8B中轮架24凹进以容纳腔38。在图8C中轮架24是大体平面的以便腔从轮群集伸出。弹簧栓39从平台30伸出。通过拉按钮26以将弹簧栓39从腔38释放来实现轮架24和平台30之间的分离。
图8D显示邻近腔38设置在平台30上的释放按钮26，其中弹簧栓39设置在轮架24上。拉释放按钮26以将轮架24从平台30释放。
图8E显示具体体现为柱塞的释放按钮26，该释放按钮26与平台30同轴地设置。当按压释放按钮26时，其使轮群集24与平台30分离。为了实现这种分离，平台30设置有弹簧滚珠轴承。
图8F显示轮群集和平台30之间的电连接。连接包括固定至平台的滑环43和配置为与设置在轮架24上的连接47形成推连接的多个电刷连接45。滑环43和连接45、47除为安装在轮毂21中的马达提供动力之外还实现轮子20和平台30之间的命令的传输。
图9是控制系统40的示意图。控制系统40封闭在平台内。控制系统40包括来自包括加速度计、步进检测传感器、陀螺传感器、重量/应变传感器以及防撞传感器的各种传感器的输入。控制系统40经由轮架24为在每一个轮毂内的轮毂安装马达提供指令。在控制系统40内，也有比如
Figure BDA0001463939070000151
这样的无线局域网接入。这实现装置至比如用户的移动电话这样的另一装置的绑定。
图10示意地显示控制系统40当向用户显示时的各个方面。装置10可以在各种不同的模式下使用，包括驱动模式、跟随模式、自主模式和辅助楼梯行走模式。用户的第一动作是为预期使用选择适当的模式。如果选择驱动模式，那么控制系统询问系统传感器以识别两个同轴轮对是否与地面接触。假定满足这个条件，那么控制系统指示平台中的马达使平台相对于轮子转动以便装置配置成平台水平并且准备接收负荷。控制系统接着感测有效载荷的存在。假定存在有效载荷，那么控制系统继续进行以执行各种发动前检查，包括：是否按下紧急停止按钮；有效载荷的重量分布是否足够均匀以允许安全操作。装置然后准备在驱动模式下向前移动。
如果在行驶时控制系统经由加速度计或其他合适的传感器检测到突然减速，那么中断正常驱动模式并且发起路沿攀登模式。在这种背景下，突然减速可以被定义为减速度超过预定阈值和/或向前轮对中的至少一个轮子经历超过预定阈值的突然制动扭矩。一旦发起路沿攀登模式，控制系统就对驱动平台的转动的马达施加反向推力并且也对与地面接触的向前同轴轮对施加反向推力。这形成足够的扭矩来启动平台相对于轮子的向后转动。控制系统也确保向后轮组中的轮毂马达停止以便后同轴轮对不再被提供动力以转动。
控制系统然后通过路沿攀登操作来引导装置。系统检测向后轮对是否已经离开地面。系统也检测平台是否已经相对于轮群集达到70°转动。
就在第三轮对(即在紧接前述驱动模式阶段期间不活动的那些)接触地面之前，向前转动应用于这些轮子。向前推力也施加于第一同轴轮对以便辅助该同轴轮对抬高到路沿上。
系统通过检测第三同轴轮对和地面之间的接触来感测路沿攀登操作的完成。作为辅助检查，系统也检测平台相对于轮群集的转动度。如果这个转动超过110°，那么装置被认为是已经完成路沿攀登操作。一旦完成路沿攀登操作，控制系统就自动地切换回正常驱动模式。装置10保持在正常驱动模式下直到用户主动地选择不同的模式或直到检测到使系统再次进入路沿攀登模式的另一突然减速或直到传感器识别到装置10正接近向下台阶要求装置进入下台阶模式中。
图11A、B和C显示三轮群集车辆攀登台阶。当装置碰撞路沿时，如图11A所示，装置的向前运动被通过路沿施加在接触该路沿的前轮上的相等且相反的力抵抗。有效载荷66通过其自身的动能而相对于现在静止的装置10向前推。装置配置成使得路沿对轮子的力在平台的转动轴线下方作用。经由鞋和平台之间的摩擦传递的有效载荷的动能发起轮架24围绕前轮轴线的转动运动，以便装置实际上想要向前翻转。因为平台配置为围绕其自身轴线独立地转动，因此平台相对于轮架向后转动以允许装置继续向前移动越过路沿的阻碍并且允许将有效载荷的重量转移至已经转动并且放置在路沿的顶部上的同轴轮对上。
平台的驱动向后转动辅助轮群集的向前转动以将多余轮子向前带到路沿上。在轮群集的转动期间，平台升高并且轻微地落下。这意味着平台和轮群集之间的转动能必须足以在运动的升高部分期间提升有效载荷。部分是动能并且部分是平台轴马达37的精确定时反向转动。
如图11A所示，承载平台30的转动轴线比轮轴线A1高，该轮轴线A1与路沿/台阶接触。相反定向力的合力矢量偏移形成围绕前轮轴线A2的扭矩，发起平台30的提升，导致装置10的转动。装置10的这种向前转动通过仅前轮20A上的定时反向推力和施加于平台30的轴线的可控扭矩来辅助。一旦向前轮20B接触上层台阶，如图11C所示，施加于轮子20A和20B两者的向前驱动扭矩将后轮20B向上拉到上层台阶上，再次通过经由马达37施加于平台30的轴线的可控扭矩来辅助。
如果装置10具有陀螺控制，则用户通过首先通过向后倾斜来放慢装置来实现图示的顺序，如图11A所示，其中用户的脚后跟比脚趾低，这指示用户正向后倾斜以便放慢装置10。当前轮20A碰撞路沿时，动量发起围绕前轮20A的转动。通过轮子20A和20B以及平台30的可控扭矩允许攀登运动。一旦已经到达上层水平面，用户就可以通过向前倾斜来再次加速。
在这种背景下，陀螺控制将包含陀螺传感器和重量/应变传感器。陀螺传感器配置为感测装置的实际运动。重量/应变传感器感测用户输入。同时它们创建将实际运动与所需用户运动相比较的反馈回路。
将要理解的是相同的过程将在设置在装置的另一侧上的第二三轮群集中发生，但为了清楚起见这些没有显示。
图12显示三种使用模式。这些模式中的每一个可以在没有对装置的任何改动的情况下顺序展开。在图12A中，运输人类用户。在图12B中，装置10支撑负荷并且具有使装置10能够绑定至用户的智能电话的
Figure BDA0001463939070000171
连接性。装置10携带有效载荷66并且加速、减速和转向以便一直保持在用户的可接受范围内。在图12C中，用户使用以其他方式缩回至平台30中的伸缩杆50来手动地引导装置。
图13显示在楼梯攀登模式下的装置。在任何时候与台阶接触的每三个共平面轮中的两个的驱动转动使向上提升装置单个路沿所需的顺序能够被重复以便使装置能够攀登楼梯。
用户仅通过保持伸缩杆50来辅助装置10的行为，该伸缩杆50充当物理扭矩反应杆。
图14A和14B显示车辆集成的两个示例。在图14A中，显示低地板厢式货车，其中每个轮架24位于轮拱的后面，车辆的每一侧上一个。平台30位于轮拱中的一个的顶部上。在图14B中，其是具有轮舱的汽车的示意图，每一个轮架24和平台都安装在承载地板下面的轮舱中。
本领域技术人员将进一步领会的是，虽然已经参考几个实施例通过示例描述了本发明，但它不限于公开的实施例并且可以在不背离如所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下构造替代实施例。

Claims (14)

1.一种用于在变化的地形上运输有效载荷的装置，所述装置包含：
包含在平面配置上的两个或更多个轮子的第一轮群集；
包含在平面配置上的两个或更多个轮子的第二轮群集；以及
配置为容纳所述有效载荷的平面平台；
其中所述轮群集中的每一个设置有用于所述群集至所述平台的连接的连接器，使得所述装置能够拆分成三个平面部分，
其中所述连接器进一步地包含所述平台与所述轮群集之间的电连接器，所述电连接器包括固定至所述平台的滑环和配置为与设置在所述轮群集上的连接件形成推连接的多个电刷连接件。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述平台设置有防滑表面，所述第一轮群集和所述第二轮群集中的每个包括配置为将两个或更多个轮子连接在一起的轮架，所述连接器将所述平台连接至所述轮架。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述连接器包括用于每个所述轮群集的释放按钮。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述释放按钮设置在所述轮群集上。
5.根据权利要求3所述的装置，其中所述释放按钮设置在所述平台上。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述平台设置有用于每个所述轮群集的释放按钮。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的装置，其中所述释放按钮通过拉而释放。
8.根据权利要求3至6中任一项所述的装置，其中所述释放按钮通过推而释放。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中所述连接器进一步地包含弹簧栓。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述弹簧栓安装在所述平台上。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述弹簧栓安装在所述轮群集上。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中所述连接器进一步地包含弹簧滚珠轴承。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述平台设置有一对匹配的内槽驱动轴，所述内槽驱动轴具有锁止腔，所述轮群集设置有延伸至所述锁止腔中并可实现锁止的固定导向盖，所述多个电刷连接件设置在所述内槽驱动轴的端部处。
14.根据权利要求1所述的装置，其中所述电连接器进一步地配置为使数据能够在所述轮群集和所述平台之间传输，所述平台内设置有控制系统，所述第一轮群集和所述第二轮群集中的每个轮子设置有可独立控制的电动马达，所述控制系统可操作以控制所述轮子的所述电动马达。
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